Основные положения концепции обеспечения интероперабельности сетецентрических информационно-управляющих систем

В течение приблизительно последних 20 лет одной из основных тенденций в области развития и применения информационных технологий выступает переход от классической иерархической архитектуры информационно- управляющих систем к сетецентрической архитектуре, т.е. к созданию сетецентрических информационно-управляющих систем (СЦИУС).

Ключевой характеристикой качества СЦИУС служит интероперабельность – способность двух или более информационных систем или их компонентов к обмену информацией и к использованию информации, полученной в результате обмена (ISO/IEC/IEEE 24765:2017 ГОСТ 55062–2012). В основе обеспечения интероперабельности лежит использование стандартов информационно-коммуникационных технологий (ИКТ-стандартов), а также обеспечение согласованности выполнения информационно вычислительных процессов по параметрам. В соответствии со ст. 14 Федерального закона «О стандартизации» на территории Российской Федерации должны применяться в первую очередь документы национальной системы стандартизации; во вторую очередь – положения зарубежных стандартов. За рубежом вопросами интероперабельности в СЦИУС занимаются многие исследователи и организации. Одной из основных таких организаций следует считать международный консорциум Network Centric Operations Industry Consortium (NCOIC), созданный в 2004 г. в целях обеспечения межотраслевой интероперабельности ИУС. В рамках деятельности NCOIC был разработан ряд руководящих документов по оценке и обеспечению интероперабельности, в частности документ NCOIC Interoperability Framework. Отечественный подход к обеспечению интероперабельности был предложен и зафиксирован в ГОСТ Р 55062–2012, разработанном Институтом радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН. Кроме того, относительно недавно в нашей стране рекомендована для использования серия стандартов обеспечения качества систем и программных средств ГОСТ Р ИСО/МЭК 25010, 25012, 25024 [4; 5; 6], которая предоставляет широкие возможности по формированию и использованию набора метрик параметров для изме-

124 в ыпуск 3/2020

рения качества функционирования информационных систем, в том числе в интересах интероперабельности и выявления ее барьеров.

Учитывая вышеизложенное, а также сложность проблемы интероперабельности СЦИУС, по мнению авторов, в РФ представляется целесообразным комплексно применять как отечественные, так и мировые передовые практики [1].

Целью данной статьи служит изложение первого этапа указанного подхода – концепции обеспечения интероперабельности СЦИУС (далее – Концепция).

Цель, задачи и область применения Концепции

Цель Концепции – предоставить руководителям, заказчикам и разработчикам инфор-мационно-управляющих систем набор общих правил, принципов и рекомендаций по обеспечению интероперабельности как ключевой характеристики качества СЦИУС.

Задачи Концепции:

• •    дать описание СЦИУС;

• •    определить принципы построения СЦИУС;

• •    дать рекомендации по организации жизненного цикла, реализации информацион-но-управляющих процессов и оценке результативности принятых технических решений в интересах интероперабельности СЦИУС.

Область применения Концепции:

• •    построение отдельных информационно-управляющих систем различного назначения и масштаба для «бесшовного» включения в сетецентрическую среду;

• •    создание Единого информационного пространства отраслевого, межотраслевого, регионального и федерального уровней на сетецентрических принципах.

Характеристики сетецентрических информационно-управляющих систем

Независимо от сферы функционирования объекта управления в любой СЦИУС всегда протекает два основных вида процессов – информационные и управляющие. Следовательно, повышение эффективности управления за счет реализации принцип сетецентриз-ма имеет определяющее значение в двух основных областях:

• •    ситуационная осведомленность органов управления;

• •    оперативное управление имеющимися возможностями [7].

Именно поэтому для СЦИУС на первый план выходит способность к функциональному взаимодействию (интероперабельности), позволяющая органам управления обращаться к нужным информационными ресурсам и функциональным возможностям вне зависимости от их принадлежности к конкретной системе.

На рисунке 1 представлено совместное функционирование нескольких СЦИУС.

При достижении определенного уровня интероперабельности (устранении значимых барьеров) такое взаимодействие происходит как бы само собой, повышая оперативность, непрерывность и устойчивость управления объектами, объединенными общей целью, за счет большей информированности органов управления и расширения их функциональных возможностей [Там же].

Олейников А.Я. и др. Основные положения концепции обеспечения...    125

информация инструменты управления инструменты управления

СЦ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА 1

БАРЬЕРЫ

И НГЕРОПЕРА БЕЛ ЬНОСТИ

СЦ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА N информация

Совместные действия объектов управления

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 1

ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ N

Повышение/сокращение ОПЕРАТИВНОСТИ НЕПРЕРЫВНОСТИ УСТОЙЧИВОСТИ Информапионно-управляющих процессов

ЦЕЛЬ

Повышение/сокращение

ИЗДЕРЖЕК В ДОСТИЖЕНИИ ЦЕЛИ

Рис. 1. Совместное функционирование нескольких СЦИУС

Эталонная и проблемно-ориентированная модели интероперабельности

Для обеспечения интероперабельности двух и более информационно-управляющих систем любое конкретное решение при построении СЦИУС должно быть получено на основе эталонной и проблемно ориентированной моделей интероперабельности систем [1; 2; 3; 8]. Эти модели представлены на рисунке 2 и представляют собой развитие семиуровневой базовой эталонной модели (ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1–99).

Организационный уровень описывает прагматические аспекты взаимодействия и организационные барьеры интероперабельности [3]. На этом уровне согласуются цели информационного взаимодействия систем и достигаются соглашения о сотрудничестве между административными органами, которые хотят обмениваться информацией, хотя имеют отличающиеся внутреннюю структуру и процессы. Организационная интероперабельность достигается не за счет применения стандартов (нормативно-технических документов), а за счет применения нормативно-правовых документов (законов, соглашений, конвенций, договоров о сотрудничестве и др.).

Семантический уровень описывает информационно-лингвистические и синтаксические аспекты взаимодействия, т.е. содержательную сторону совместно используемой информации и концептуальные барьеры [Там же]. Семантическая интероперабельность позволяет системам комбинировать полученную информацию с другими информационными ресурсами и обрабатывать ее смысловое содержание. Семантические барьеры интероперабельности систем должны преодолеваться за счет построения стека открытых прикладных протоколов для каждого типа системы (комплекса) например на основе стандарта XML.

126 в ыпуск 3/2020

Рис. 2. Эталонная и проблемно ориентированная модели интероперабельности СЦИУС

Технический уровень описывает синтаксис или форматы передаваемой информации, заостряя внимание на том, как представлена информация в коммуникационной среде, а также на технологические барьеры [3]. Технический уровень включает такие ключевые аспекты, как открытые интерфейсы, службы связи, интеграция данных и промежуточный слой программного обеспечения (Middleware), адресация и управление сетью, службы защиты информации. Техническая интероперабельность достигается главным образом за счет использования стандартных технологических решений в области телекоммуникации, например, стеков протоколов TCP/IP и оптимизации информационно-управля-ющих процессов [8; 9].

Основные принципы обеспечения интероперабельности при построении и модернизации СЦИУС

Принципы обеспечения интероперабельности являются фундаментальными правилами для разработчиков СЦИУС в части обеспечения организационной, семантической и технической интероперабельности разрабатываемых (модернизируемых) систем.

Олейников А.Я. и др. Основные положения концепции обеспечения...    127

К основным принципам обеспечения интероперабельности СЦИУС относятся следующие:

• •    открытость;

• •    прозрачность;

• •    модульность и автономность;

• •    возможность повторного использования;

• •    технологическая нейтральность и переносимость данных;

• •    ориентация на пользователя;

• •    административное упрощение;

• •    оценка результативности [8].

Рекомендации руководителям, заказчикам и разработчикам по обеспечению интероперабельности СЦИУС в ходе их создания и модернизации

Внимание к решению проблемы интероперабельности при создании СЦИУС должно проявляться уже на ранних стадиях их жизненного цикла. Учитывая основную особенность СЦИУС, о которой сказано выше, – необходимость целенаправленно функционировать совместно с другими информационно-управляющими системами [Там же] – и связанные с ней трудности интеграции, взаимного влияния функциональных и нефункциональных параметров взаимодействующих систем, зависимость от возможных изменений во взаимодействующих системах и др., можно сказать, что наиболее предпочтительными являются спиральный (итерационный ) подход к разработке систем [Там же]. Данный подход подразумевает эволюционное наращивание возможностей системы при регулярной оценке результативности, в том числе возникновения барьеров интероперабельности.

Другие модели жизненного цикла систем (например, V , W ) также могут использоваться при создании (модернизации) СЦИУС, но, как правило, с меньшей эффективностью.

Спиральный (эволюционный) жизненный цикл показан на рисунке 3.

Разработка

Тестирование,

Анализ рисков возникновения' барьеров интероперабельности

Формуляров ание требований

Проектиров ание

Релиз 3

Релиз 1

\ Релиз 2

Рис. 3. Спиральный (эволюционный) жизненный цикл разработки СЦИУС

128 в ыпуск 3/2020

Преимуществами спирального (итерационного) подхода являются:

• •    раннее выявление барьеров интероперабельности;

• •    поддержка изменений функционала взаимодействующих систем;

• •    достижение высокого качества за счет возможности исправления ошибок на следующей итерации;

• •    увеличение возможности повторного использования программных средств и данных [8].

Учитывая, что основу функционирования СЦИУС составляют информационно-управляющие процессы, наиболее предпочтительной следует назвать интеграцию на уровне процессов. Для этого в ходе создания (модернизации) СЦИУС заказчикам и разработчикам рекомендуется на каждой итерации иметь всесторонне согласованный набор следующих документов или их аналогов:

• •    перечень пользователей СЦИУС, включающий их функциональные и информационные потребности;

• •    перечень процессов (функций), выполняемых системами и их элементами совместно, включая потоки данных между процессами (функциями) системы;

• •    интегрированный словарь данных;

• •    инфологическая модель данных, включающая структуры данных, форматы сообщений и др.;

• •    матрица обмена служебной и оперативной информацией между системами и их элементами;

• •    описание системных интерфейсов доступа к данным и службам;

• •    описание системы связи, включающее характеристики каналов и сетей.

Указанные документы должны своевременно уточняться в случае внесения значимых функциональных или структурных изменений во взаимодействующие системы.

Вопрос обеспечения интероперабельности элементов СЦИУС, процессов, сервисов и данных на основе стандартизации правил взаимодействия является ключевым для обеспечения способности нескольких СЦИУС функционировать совместно.

Существует два основных подхода, или две основных стратегии, – краткосрочная и долгосрочная [Там же]. Краткосрочная стратегия обеспечивает специальные шлюзы между СЦИУС (в том числе на основе Web-сервисов). Преимущество этой стратегии в том, что она проста в реализации. Однако при объединении значительного количества разнородных систем такая стратегия часто приводит к трудностям сопровождения всей совокупности шлюзов между ними и потере надежности взаимодействия. Долгосрочная стратегия предусматривает прямые связи между элементами взаимодействующих систем (подсистемами, службами, процессами) нескольких предприятий. Преимущество этой стратегии – она позволяет осуществлять «мелкозернистое», реконфигурируемое взаимодействие, однако она сложна в реализации и требует системного (процессного) подхода [Там же].

На рисунке 4 представлена схема реализации указанных стратегий интеграции.

Во всех случаях различия в моделях данных и их форматах могут быть учтены с помощью методов перевода и разворота. Различия в протоколах могут быть учтены с использованием методов «фасада и упаковки». При этом необходимо стремиться к формированию правил взаимодействия СЦИУС с использованием отношения «один ко многим», как показано на рисунке 5.

Олейников А.Я. и др. Основные положения концепции обеспечения...    129

Рис. 4. Краткосрочная и долгосрочная стратегии интеграции СЦИУС

Рис. 5. Стандартизация правил взаимодействия СЦИУС

Тем не менее анализ классических отношений «один к одному» полезен для определения потребностей в обмене данными. Интерфейсы целесообразно описывать с использованием статического описания для структуры данных и одного или нескольких динамических описаний для поведения.

В соответствии с современными нормативно-техническими документами по оценке качества ИУС, а также учитывая назначение СЦИУС (обеспечение осведомленности органов управления и оперативного управления возможностями) в качестве основных показателей, однозначно характеризующих способность систем к взаимодействию, предлагается определить качество используемых данных и оперативность совместного выполнения процедур взаимодействующими СЦИУС. При этом прочие показатели проблемно ориентированной модели интероперабельности будут в конечном счете влиять именно на эти параметры [9].

130 в ыпуск 3/2020

Заключение

На основе изложенного можно сделать следующие выводы.

• •    Интероперабельность является необходимым условием для реализации сетецентрических принципов построения информационно-управляющих систем (СЦИУС), переход к которым составляет общемировую тенденцию и важен для обеспечения сетецентрического принципа управления и построения полноценной цифровой экономики.

• •    Изложены основные положения Концепции обеспечения интерооперабельности в СЦИУС как первого этапа подхода к обеспечению интероперабельности, зафиксированного в ГОСТ Р 55062–2012.

• •    Концепция учитывает положения зарубежных стандартов и новых отечественных стандартов.

• •    Концепция содержит следующие разделы:

  – цель, задачи и область применения Концепции;

  – характеристики сетецентрических информационно-управляющих систем;

  – эталонная и проблемно ориентированная модели интероперабельности;

  – основные принципы обеспечения интероперабельности при построении и модернизации СЦИУС;

  – рекомендации руководителям, заказчикам и разработчикам по обеспечению интероперабельности СЦИУС в ходе их создания и модернизации.

• •    Специфика Концепции состоит в наличии модели, позволяющей оценивать уровень интероперабельности, использовании процессного подхода к построению СЦИУС, рекомендациях по преодолению барьеров интероперабельности.